Do monitorowania i nadzorowania maszyn wirujących (pomp, silników, wentylatorów, przekładni) naturalnie warto stosować niezawodne i wysokiej jakości systemy monitorowania drgań. W niniejszym artykule omawiamy 11 kluczowych kwestii, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniego akcelerometru do zastosowań przemysłowych.
#1 Zakres pomiaru przyspieszenia
W większości zastosowań przemysłowych stosuje się zakres pomiaru przyspieszenia wynoszący 80 g lub 50 g.
- Czujniki 80g oferują szerszy dynamiczny zakres pomiarowy.
- Czujniki 50 g mogą powodować obcięcie sygnału, co skutkuje przeciążeniem czujnika, jeśli amplituda drgań przekroczy zakres pomiarowy. Zjawisko to w języku angielskim określa się mianem „clipping”.
#2 Niezawodność sygnału pomiarowego przez cały okres eksploatacji czujnika
- Na czujnik może wpływać wiele czynników zewnętrznych, co ma wpływ na jego długoterminową dokładność:
- Stabilizacja piezoelektryczna kryształu PZT minimalizuje dryft sygnału w długim okresie (kilka lat).
- Hermetyczne uszczelnienie (najlepiej zweryfikowane za pomocą testów szczelności helowej) chroni wewnętrzne elementy przed zanieczyszczeniem zewnętrznym i utlenianiem.
- Należy sprawdzić, czy producent udostępnia dane dotyczące niezawodności, takie jak średni czas między awariami (MTBF), który wskazuje średni okres, przez jaki czujnik działa bez awarii.
#3 Tolerancja wrażliwości
Przemysłowe akcelerometry mają zazwyczaj zakres tolerancji czułości od 5% do 20%. Pasmo tolerancji wynoszące 5% zapewnia najwyższą dokładność i powtarzalność, natomiast szersza tolerancja wynosząca 10–20% może być stosowana, gdy dokładną wartość czułości można zaprogramować w urządzeniu do akwizycji danych.
Tolerancje mają największe znaczenie, jeśli urządzenie zbierające dane lub system internetowy nie są w stanie skutecznie radzić sobie ze zmieniającą się czułością poszczególnych akcelerometrów. Trend pomiarowy może wykazywać znaczne odchylenia w przypadku wymiany czujników o tolerancji wynoszącej 20%.
#4 Przyspieszenie a prędkość
Czujniki przyspieszenia i prędkości wykrywają różne rodzaje usterek maszyn:
- W większości zastosowań stosuje się czujniki prędkości, ponieważ sygnał prędkości jest zazwyczaj najlepszym wskaźnikiem do monitorowania stanu maszyny, odpowiednim zarówno dla wolno, jak i szybko obracających się maszyn/elementów.
- Sygnał z akcelerometrów można przekształcić na prędkość poprzez całkowanie, o ile wybrano odpowiednią czułość i jakość.
- Pomiar przyspieszenia jest bardziej odpowiedni do monitorowania częstotliwości przekładni oraz wczesnego wykrywania problemów z łożyskami.
- Sygnał z akcelerometrów można przekształcić na prędkość poprzez całkowanie, co pozwala na rejestrowanie obu rodzajów pomiarów za pomocą jednego czujnika.
- W przypadku obu rozwiązań dostępne są różne opcje sygnału wyjściowego: wyjście górne lub boczne, szeroki zakres czułości i tolerancji, zintegrowane okablowanie oraz certyfikaty do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem.
#5 Certyfikaty dla obszarów niebezpiecznych
Czujniki drgań są dostępne z certyfikatami dla niemal każdego rodzaju obszarów niebezpiecznych występujących w środowiskach przemysłowych (ATEX). Wybierając akcelerometr, należy upewnić się, że jest on odpowiedni dla konkretnej strefy, w której zostanie zainstalowany.
#6 Częstotliwość rezonansowa czujnika
Częstotliwości pomiarowe zbliżone do częstotliwości rezonansowej czujnika mogą powodować błędne odczyty. Sygnał może ulegać przesterowaniu, co skutkuje pojawieniem się sygnałów-duchów o niskiej częstotliwości. Częstotliwości rezonansowe czujnika powinny być około dwukrotnie wyższe od najwyższej spodziewanej częstotliwości pomiarowej.
#7 Zakres temperatur
Należy z wyprzedzeniem ustalić, jaka będzie temperatura w miejscu, w którym zostanie zainstalowany akcelerometr. Temperatura otoczenia ma duży wpływ na to, jaki typ akcelerometru jest odpowiedni do danego zastosowania.
- Standardowe przemysłowe akcelerometry z wbudowaną elektroniką mają ograniczenie temperatury do 120°C.
- Wysokiej jakości komponenty umożliwiają niektórym czujnikom pracę w temperaturach do 150°C.
- Akcelerometry piezoelektryczne, które nie zawierają wewnętrznych obwodów elektronicznych, zazwyczaj działają w temperaturach do 260°C.
- Specjalne elementy czujników wysokotemperaturowych umożliwiają pracę w temperaturach do 760°C, jednak czujniki te wymagają również uwzględnienia innych czynników, co sprawia, że ważne jest zrównoważenie wymagań temperaturowych z takimi czynnikami, jak koszt i wytrzymałość.
#8 Okablowanie
Istnieje wiele opcji okablowania akcelerometrów, dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę następujące kwestie:
- Przepusty ceramiczne/metalowe oddzielają wewnętrzne elementy czujnika od kabla, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci i zanieczyszczeń do czujnika.
- Testowanie czujników wyłącznie przy ciśnieniu określonym w specyfikacjach może nie wykryć pęknięcia. W zastosowaniach podwodnych czujniki powinny być również testowane przy różnych poziomach ciśnienia w celu wykrycia problemów.
- W przypadku zastosowań głęboko pod wodą należy stosować kabel z izolacją zapobiegającą uszkodzeniom w razie przedostania się wody.
#9 – Izolacja i obudowa
Konstrukcja czujnika i kabli musi chronić sygnał przed czynnikami środowiskowymi, które mogą wpływać na dane:
- Konieczne jest zastosowanie kabla ekranowanego, w którym ekranowanie rozciąga się aż do skrzynki przyłączeniowej (a nie tylko do czujnika), aby zapobiec powstawaniu pętli uziemienia i ładunków elektrostatycznych.
- Czujniki powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymywały wyładowania elektrostatyczne (ESD) o napięciu do 20 000 woltów, jednak specyfikacja ta zazwyczaj nie jest podana w arkuszach danych technicznych i należy o nią poprosić producenta.
- Podkładki montażowe mogą zapewniać izolację (do 1 500 woltów) w środowiskach, w których występują duże różnice potencjałów napięcia, duże nagromadzenie ładunków elektrostatycznych lub niepewne warunki uziemienia.
#10 – Zakres pomiarowy
Czujniki 100 mV/g są najczęściej stosowane do monitorowania przemysłowych urządzeń wirujących, ale istnieją wyjątki:
- Czujniki 10 mV/g do zastosowań wymagających dużych przyspieszeń, takich jak turbiny o dużej prędkości obrotowej lub monitorowanie drugiej i trzeciej harmonicznej częstotliwości przekładni.
- Czujniki 500 mV/g do zastosowań niskoczęstotliwościowych, takich jak monitorowanie łopat turbin wiatrowych lub wolno obracających się maszyn w wieżach chłodniczych.
#11 – Pomoc techniczna
Biorąc pod uwagę liczbę istotnych czynników, które należy uwzględnić przy wyborze akcelerometru, wsparcie techniczne ze strony producenta oraz kompetentny zespół sprzedaży mają kluczowe znaczenie dla doboru odpowiedniego akcelerometru do danego zastosowania. Firma Istec może pomóc Państwu w orientacji w szerokiej gamie akcelerometrów i doborze odpowiedniego czujnika do różnych zastosowań przemysłowych. Nasi specjaliści, posiadający wieloletnie doświadczenie w zakresie pomiarów drgań i czujników, mogą również przeprowadzić instalację lub zapewnić wsparcie w tym procesie.
Zobacz też: 6 metod montażu akcelerometrów
